机械工程常用材料及其工程性能
机械工程材料手册
机械工程材料手册机械工程材料是机械制造中的重要组成部分，它直接影响着机械产品的性能、质量和寿命。
在机械工程中，选择合适的材料对于产品的设计和制造至关重要。
本手册将介绍常见的机械工程材料及其特性，帮助工程师和设计师更好地选择和应用材料，提高产品的性能和可靠性。
一、金属材料。
金属材料是机械制造中最常用的材料之一，它具有良好的强度、硬度和耐磨性。
常见的金属材料包括钢、铝、铜、铁等。
钢是一种铁碳合金，具有优异的机械性能，适用于制造各种零部件和结构件。
铝具有较低的密度和良好的导热性，适用于制造轻型结构件。
铜具有良好的导电性和导热性，适用于制造电气部件和散热器。
铁是一种常见的结构材料，具有良好的可焊性和加工性，适用于制造各种机械零部件。
二、非金属材料。
除了金属材料外，非金属材料在机械工程中也扮演着重要的角色。
常见的非金属材料包括塑料、陶瓷、复合材料等。
塑料具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，适用于制造各种零部件和外壳。
陶瓷具有良好的耐高温性和硬度，适用于制造高温部件和摩擦件。
复合材料由两种或两种以上的材料组成，具有优异的综合性能，适用于制造高强度和轻质的零部件。
三、材料选择与应用。
在机械工程中，材料的选择与应用是至关重要的。
首先，需要根据产品的工作条件和要求选择合适的材料，如强度、硬度、耐磨性等。
其次，需要考虑材料的加工性能和成本，确保能够满足制造工艺和经济性的要求。
最后，需要对材料进行合理的设计和应用，确保产品具有良好的性能和可靠性。
综上所述，机械工程材料是机械制造中不可或缺的一部分，合理选择和应用材料对于产品的性能和质量至关重要。
本手册将帮助工程师和设计师更好地了解机械工程材料的特性和应用，提高产品的设计和制造水平，推动机械制造技术的发展。
结语。
通过对机械工程材料的介绍，我们可以更好地了解不同材料的特性和应用，为机械产品的设计和制造提供参考和指导。
希望本手册能够帮助工程师和设计师更好地选择和应用材料，提高产品的性能和可靠性，推动机械制造技术的发展。
工程机械常用材料的性能分析
工程机械常用材料的性能分析挖掘机和装载机的铲斗刀板在挖掘或装载作业中直接与物料接触，主要承受摩擦力及冲击力的共同作用，结果产生磨损。
因而要求刀板材料既要有较高的强度、韧性和耐磨性，从装配要求来看，还要有较好的可焊性。
１材料种类国内外装载机、挖掘机铲斗主刀板、侧板所用材料种类较多，主要有合金铸钢ＺＧ２５ＣｒＭｎＭｏ（２５ХГＭ）、低合金结构钢Ｑ３４５－Ｂ、１６Ｍｎ（ＳＨＴ４９０）、高强度结构钢ＷＨ６０、ＨＱ６０Ａ（ＫＷＦ５８Ｈ）、优质碳素钢５０Ｍｎ、合金结构钢３５Ｍｎ２（ＳＭｎ４３３Ｈ－１）及２０Ｍｎ２Ｂ（ＨＡＲＤＯＸ４００）等，括弧内所列为相当的国外钢号。
它们的化学成分及力学性能如表１所列。
２材料性能分析２．１材料的焊接性能通常，在实际生产中都用碳当量（Ｃｅｑ）值的大小来评估焊接性能的好坏。
根据碳当量公式Ｃｅｑ＝Ｃ＋Ｍｎ/６＋Ｎｉ＋Ｃｕ/１５＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ/５可计算出各材料的碳当量，如表１所示。
根据表１中各材料的碳当量，可以看出除１６Ｍｎ外其它钢种的焊接性能都较差，相对而言其中焊接性能最好的是ＳＨＴ４９０、Ｑ３４５－Ｂ，较好的是２０Ｍｎ２Ｂ、ＨＡＲＤＯＸ４００，其次的是１５ＣｒＭｎ、ＬＨ６９０、ＷＨ６０、ＨＱ６０Ａ、ＫＷＦ５８Ｈ、ＺＧ２５ＣｒＭｎＭｏ，焊接时均需预热；焊接性能一般的是３５Ｍｎ２、ＳＭｎ４３３Ｈ－１，焊前需进行预热，焊接性能较差的是５０Ｍｎ、ＳＣＭｎＭｏＨ，具有过热敏感性，容易产生裂纹和脆裂。
２．２材料的综合力学性能分析从各材料的抗拉强度可以看出在上述材料中以ＨＡＲＤＯＸ４００、２０Ｍｎ２Ｂ等的σｂ、σｓ性能最好，而从化学成份分析，含碳、锰量低，金属组织硬度低，不耐磨，２０Ｍｎ２Ｂ需经表面渗碳淬火处理来提高表面硬度，但渗层薄，不能做长期耐磨零件。
SMn433H-1、35Mn2具有一定的耐磨性及韧性，缺点是焊接性能较差，对焊接工艺要求严格，有一定的焊接难度。
50Mn钢，碳、锰含量较高，有较高的强度和一定的硬度及一定的耐磨性，缺点是焊接时有冷裂倾向，焊接性能很差。
机械零件的常用材料特性及应用
用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性。
零件材料 各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标 和机械设计手册中查得。
以功能來分: 依其機械、電氣、熱學及其他性質功能來分。
1 )泛用塑膠： 通常以美觀及低功能使用要求，為訴求重點。 如：PE 、 PVC 、 PMMA、ABS
轴用材料
要求: 充分強度/耐磨性/耐疲勞性/充分硬度/充 分橈度
選用
一般用軸材料(A3/S10C/S45C) 強力用軸材料(SNCM240(价高)/42CrMo)
齿轮用材料
要求: 充分強度/耐磨性/充分硬度/耐衝擊性/易 加工性
選用
高周波淬火處理材料(S45C/42CrMo) 滲碳淬火處理材料(42CrMo) 氮化相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。 可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。
选用原则： 优选碳素钢(A3.S45C)，其次是硅、锰、硼、钒类合
金钢,特殊硬度可以选合金工具钢（Cr12).
金属热处理方式
热处理方式：退火、正火、淬火和回火四种基本工艺，俗称金 属热处理的“四把火”。 1.退火：是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不 同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达 到 或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为 进一步淬火作组织准备。 2.正火：是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效 果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削 性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 3.淬火：是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水 溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。 (S45C可以达到42-50HRC, Cr12可以达到52-60HRC) 4.回火：是为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而 低于 710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这 种工艺称为回火
机械工程常用材料及其工程性能概述
2）洛氏硬度
洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行的，是用 一个顶角为120°的金刚石圆锥，或直径为1.5875mm的淬 火钢球为压头，在一定载荷下压入被测金属材料表面，根 据压痕深度来确定硬度值。压痕深度越小，硬度值越高， 材料越硬。
2.5 疲劳强度
金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为 疲劳强度。疲劳极限用符号σ-1表示。
5）碳素工具钢 以“T+材料所含碳的千分比” 进行命名，如T9表示 碳的平均质量分数为0.90%的碳素工具钢。
2）球墨铸铁
铁液经球化处理和孕育处理，使石墨全部或大部分呈球 状的铸铁称为球墨铸铁。
球墨铸铁常用于制造载荷较大且受磨损和冲击作用的重 要零件，如汽车、拖拉机的曲轴，连杆和机床的蜗杆、蜗轮 等。
球墨铸铁常用的热处理方式有退火、正火、调质及等温 淬火。
以“QT+材料抗拉强度”表示牌号如QT400表示球墨 铸铁，其最低抗拉强度为400MPa。
第四章 机械工程常用材料及其工程性能
§4－1 概述 §4－2 金属材料的机械性能 §4－3 常用工程材料 §4－4 金属材料的热处理与表面精饰
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他 产品的那些物质。
机械工程材料是用于机械制造的材料，其主要包括金 属材料和非金属材料两大类。
§4－2 金属材料的机械性能
b）按分类: 普 通 钢:ωS≤0.050%，ωP≤0.045%。 优 质 钢:ωS≤0.035%，ωP≤0.035%。 高级优质钢:ωS≤0.025%，ωP≤0.025%。
c）根据钢的用途分类: 碳素结构钢:其ωC<0.70% 碳素工具钢:其ωC≥0.70% 碳素铸钢:主要用于制作形状复杂、难以锻造成形的
3.1.2 碳素钢
机械工程中常用的材料及其特性分析
机械工程中常用的材料及其特性分析机械工程是应用物理学和材料科学的领域，其中涉及到广泛的材料选择。
在机械工程中，材料的选择和使用对于提高产品性能和延长寿命至关重要。
本文将分析机械工程中常用的几种材料及其特性。
1. 金属材料金属材料是机械工程中最常见的材料之一。
金属具有良好的导电性、热传导性和可塑性。
常用的金属材料包括钢、铝、铜和铁等。
- 钢：钢具有强度高、硬度大的特点，同时具有较好的塑性。
它被广泛应用于制造机械零件和结构件。
- 铝：铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，适用于制造轻型结构和航空航天器件。
- 铜：铜具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电子设备和导线等领域。
- 铁：铁是常见的结构材料，具有良好的韧性和可塑性。
2. 塑料材料塑料是一种具有可塑性、耐腐蚀性和绝缘性的高分子化合物。
它们在机械工程领域中得到了广泛应用。
- 聚乙烯（PE）：聚乙烯具有较高的强度和良好的耐化学性，常用于制造管道、储罐和塑料零件等。
- 聚丙烯（PP）：聚丙烯是一种具有良好耐腐蚀性和高韧性的材料，常用于汽车零部件和容器等领域。
- 聚氯乙烯（PVC）：聚氯乙烯是一种广泛使用的塑料材料，它具有优异的耐化学性和电绝缘性能，常用于制造管道、电线等。
- 聚苯乙烯（PS）：聚苯乙烯具有低成本、良好的耐冲击性和绝缘性能，在包装和电子器件等领域有广泛应用。
3. 纤维材料纤维材料是由纤维形状的颗粒组成的材料，常用于机械工程领域的结构件和强度要求较高的零件。
- 碳纤维：碳纤维具有极高的强度和刚度，同时重量很轻，被广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
- 玻璃纤维：玻璃纤维具有优异的强度、耐腐蚀性和绝缘性能，在船舶、风力发电和建筑等领域有广泛应用。
- 聚酰胺纤维（ARAMID）：聚酰胺纤维具有很高的强度和耐热性，广泛用于防弹材料、绳索和高温隔热材料等。
4. 陶瓷材料陶瓷材料是一类脆性材料，具有良好的耐磨、耐高温和绝缘性能。
在机械工程中，陶瓷材料主要用于制造轴承、绝缘体和切削工具等。
机械工程材料材料性能
机械工程材料材料性能概述机械工程材料是用于制造机械零件和设备的材料。
材料性能是评估材料适用性的重要指标。
本文将介绍机械工程材料的材料性能，并深入讨论材料性能的几个关键方面。
强度和硬度强度是机械工程材料的一个重要性能指标，它表示材料抵抗外力的能力。
强度通常通过材料的屈服强度、抗拉强度和抗压强度来衡量。
屈服强度是材料在受力过程中开始发生可观变形的应力值，抗拉强度是材料在拉伸力下能承受的最大应力值，而抗压强度则是材料在受压力下能承受的最大应力值。
硬度是材料抵抗表面划伤或穿透的能力。
硬度测量可以使用各种硬度测试方法，例如洛氏硬度测试、布氏硬度测试和维氏硬度测试。
机械工程材料的强度和硬度取决于它们的化学成分、晶体结构和加工工艺。
通常情况下，高碳钢和合金钢具有较高的强度和硬度，而铝合金和镁合金则具有较低的强度和硬度。
韧性和脆性韧性是材料抵抗断裂的能力，也是衡量材料耐冲击性、耐疲劳性和耐剪切性的重要指标。
韧性较高的材料能够吸收大量的能量才发生破坏，而韧性较低的材料则容易发生断裂。
脆性是材料容易发生断裂的性质。
脆性材料在受到应力时会发生迅速且不可逆转的断裂，而韧性材料则会在受到应力时发生局部变形，使材料产生可逆的形变。
韧性和脆性之间有一个材料特性称为冷脆性。
冷脆性是指材料在低温下变得更加脆性的能力。
某些材料在低温下会变得非常脆弱，容易发生断裂。
疲劳性疲劳性是指材料在交替或反复加载下产生破坏的能力。
疲劳破坏是机械工程材料最常见的失效方式之一。
当材料受到交替或反复加载时，它会累积微小的应力和变形，最终导致疲劳破坏。
疲劳性能包括疲劳寿命和疲劳极限。
疲劳寿命是指材料承受一定载荷下的循环加载次数，达到失效的循环次数。
疲劳极限是指材料在无限次循环加载下能承受的最大应力水平。
机械工程材料的疲劳性能和寿命可以通过疲劳试验来评估和预测。
疲劳试验通常会在不同应力水平下进行，以确定材料的疲劳曲线和SN曲线。
耐腐蚀性耐腐蚀性是机械工程材料抵抗化学物质和环境侵蚀的能力。
工程机械材料汇总表
工程机械材料汇总表1. 前言本文档旨在对工程机械常用材料进行汇总和介绍，以便于在工程机械设计和选择材料时提供参考。
2. 常用材料2.1 金属材料2.1.1 钢材•优点：强度高、刚性好、耐磨性好、可焊接性好、容易加工•缺点：易生锈•应用场景：工程机械主体结构、承载部件2.1.2 铝合金•优点：密度低、强度高、耐腐蚀、导热性好•缺点：易受磨损•应用场景：工程机械外壳、轻量化构件2.1.3 铸铁•优点：强度高、刚性好、耐磨性好•缺点：易生锈、脆性大•应用场景：工程机械基座、齿轮箱、曲轴箱2.2 非金属材料2.2.1 聚合物•优点：重量轻、成本低、绝缘性好、耐磨性好•缺点：耐高温性能差•应用场景：工程机械密封件、橡胶零件2.2.2 复合材料•优点：强度高、刚度大、耐腐蚀、重量轻•缺点：成本较高•应用场景：工程机械结构件、车身部件2.3 其他材料2.3.1 润滑油•作用：减小机械零件之间的摩擦、冷却润滑、防止磨损和腐蚀•分类：矿物油、合成油、生物基润滑油等•应用场景：工程机械润滑系统2.3.2 涂料•作用：保护表面、美化外观、防止腐蚀和氧化•分类：底漆、面漆、防腐涂料、防火涂料等•应用场景：工程机械表面处理3. 材料选择原则在工程机械设计中，选择合适的材料至关重要。
以下是一些常用的材料选择原则：•强度要求：根据工程机械的设计要求和工作环境决定材料的强度和刚度。
•寿命要求：考虑材料的耐久性、耐磨性和抗腐蚀性，以满足机械的使用寿命要求。
•成本考虑：根据工程机械的预算和性能需求，选择经济合理的材料。
•生产工艺：考虑材料的可加工性和焊接性，以保证制造过程的顺利进行。
•环境因素：根据工作环境的特点，选用耐腐蚀、耐高温或防火等特殊材料。
4. 材料性能参数表下表列出了一些常见工程机械材料的性能参数，供参考：材料强度导热性耐磨性抗腐蚀性重量钢材高中等高中等中等铝合金中等高中等高低铸铁高中等高中等中等聚合物低低高低低复合材料高中等高高低润滑油N/A N/A 高高N/A涂料N/A N/A 中等高N/A5. 结论本文档汇总了工程机械常用的材料，并介绍了它们的优点、缺点和应用场景。
常见机械工程材料性能及应用
退火,硬度≤197HB 淬火,硬度≥62HRC
密度：7.93g/cm3 拉伸强度：≥520MPa 弯曲强度：≥205MPa 伸长率 δ5 (%)≥40 硬度：≤187HB
材料特性
具有较高的强度和较好的切削加工性， 经适当的热处理以后可获得一定的韧性 、塑性和耐磨性，材料来源方便
良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机 械特性，良好的加工性能和可焊性
应用
用途
广泛用于机械制造，机械性能很好
型钢，钢板，螺栓
齿轮，曲轴
主要用于较小尺寸的弹簧，如调压调速 弹簧、测力弹簧、一般机械上的圆、方 螺旋弹簧或拉成钢丝作小型机械上的弹 簧 主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套 、车床床身等承受压力及振动部件 适于对强度要求较高的零件， 如柴油 机和汽油机的曲轴、凸轮轴、部分磨床 、铣床、车床的主轴等 应用于要求有一定强度和抗蚀性高的各 种工业结构件，如制造卡车、塔式建筑 、船舶、电车、铁道车辆、家具
序号
1 2 3 4 5 6 7 8
11
材料
45# Q235A 40Cr 65Mn HT200 QT700 铝合金6061
T10ห้องสมุดไป่ตู้
304不锈钢
常见非金属材料性能及应用
物理性能及机械性能
密度：7.85g/cm3 抗拉强度：600Mpa 屈服强度：355Mpa 热轧钢：≤229HB C：0.45% 密度：7.85g/cm3 抗拉强度：370～500Mpa C ：≤0.22% 抗拉强度：≥980Mpa 屈服强度：≥785Mpa 退火态，硬度≤207HBS 抗拉强度：≥980Mpa 屈服强度：≥785Mpa 热轧硬度：240~270HB 热处理硬度：38~60HRC ø30试样的最低抗拉强度 200MPa 材料硬度：163~255HB 抗拉强度：≥700Mpa 屈服强度：≥420Mpa 热轧硬度：225～305HB
机械行业-工程材料机械性能 精品
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§6 材料的工艺性能
材料的工艺性能：本课程则主要解决 材料本身与其工艺性能的关系，主要加工 工艺性能是： 一．铸造性能 二．锻造性能 三．焊接性能 四．切削加工性能 五．热处理性能
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课后作业： 1、解释概念：
b 、 s 、 E、HRC、、 、 αKU 2、将钟表发条拉成一直线后，将力释放， 钟表发条可能发生什么变形？
（一）密度 （二）热学性能
⒈ 熔点；⒉ 热容；⒊ 热膨胀；⒋ 热传导 （三）电学性能
⒈ 电阻率ρ ；⒉ 电阻温度系数；⒊ 介电性 （四）磁学性能
⒈ 磁导率μ；⒉ 饱和磁化强度Ms和磁矫顽力Ｈc
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§5 材料的物理化学性能
化学性能： 材料在生产、加工和使用时，均会与环
境介质发生化学反应，从而使其性能恶化 或功能丧失。
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§2 动载时材料的力学性 能
冲击韧度（αKU）试验
14
§2 动载时材料的力学性 能
αKU＝A/F A=(GH1-GH2)×9.8
J/cm2
其中：αKU （J/cm2） H（m） A（m2） G（kg）
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§2 动载时材料的力学性能
钢铁材料：107次
1
非铁合金：108次
2 n -1
N1 N2 Nn
HB 0.102 2P(N)
D(D- D2 - d2 )
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§1静载时材料的力学性能
9
§1静载时材料的力学性能
洛氏硬度试验
10
其它硬度
§1静载时材料的力学性能
①维氏硬度HV 主要用于薄工件或薄表面硬化层
的 硬 度 测 试 ， 参 照 GB4340-84《 金 属维氏硬度试验方法》进行。
机械工程材料性能
机械工程材料性能机械工程材料的性能是衡量其质量和可靠性的重要指标之一。
材料的性能直接影响到机械部件的耐久性、强度、刚度以及其它功能特性。
本文将探讨几种常见的机械工程材料的性能特点。
1. 金属材料性能金属材料是机械工程中最常用的材料之一。
金属的力学性能取决于其晶体结构和原子间的结合方式。
其中，强度是衡量金属材料机械性能的重要指标之一。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度和断裂强度等。
此外，硬度、韧性、延展性、疲劳强度和冲击强度等也是评估金属材料性能的关键因素。
2. 高分子材料性能高分子材料是指由大量分子聚合形成的材料，比如塑料和橡胶。
高分子材料具有低密度、良好的可加工性和优异的电绝缘性能等特点。
然而，高分子材料的机械性能较差，其强度和硬度通常较低。
对于特定的应用，可以采用改性材料或增强材料来提高高分子材料的性能。
3. 陶瓷材料性能陶瓷材料通常具有高硬度、高熔点和良好的耐磨性。
然而，陶瓷材料的韧性和抗冲击性较差。
陶瓷材料主要应用于高温、高压和摩擦磨损严重的环境中，比如航空航天领域和化学工业。
4. 复合材料性能复合材料是指由两种或以上的材料相互组合形成新材料。
复合材料的性能综合了各种组成材料的优点，同时弥补其缺点。
常见的复合材料包括纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料等。
纤维增强复合材料通常具有高强度、高模量和低密度的特点，广泛用于航空、汽车和体育器材等领域。
总结：机械工程材料的性能是衡量其质量和可靠性的重要指标。
金属材料具有良好的力学性能；高分子材料具有良好的可加工性和电绝缘性能；陶瓷材料具有高耐磨性和高温特性；复合材料综合了不同材料的优点。
了解不同材料的性能特点，有助于选择合适的材料用于机械工程领域，提高机械部件的可靠性和性能。
机械常用的材料
材质1、A2-70”是不锈钢螺栓、螺钉、螺柱和螺母的性能标记，“-”前的“A2”表示的是材料组别，即奥氏体钢第二组A2，“-”后的数字部分“70”表示产品的性能等级，其数字为公称抗拉强度的1/10，即，此产品的性能抗拉强度为700N/（mm*mm)。
2、8.8级螺栓的含义是螺栓强度等级标记代号由“•”隔开的两部分数字组成。
标记代号中“•”前数字部分的含义表示公称抗拉强度，碳钢：公制螺栓机械性能等级可分为：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8 、13.58.8级螺栓的前一个8的含义是每平方毫米的抗拉强度是800牛也就是80公斤的拉力，后一个八的意思是8.8级产品的屈服点为6400N/mm2。
3、65Mn、锰提高淬透性，φ12mm的钢材油中可以淬透，表面脱碳倾向比硅钢小，经热处理后的综合力学性能优于碳钢，但有过热敏感性和回火脆性。
用作小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制作弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧及冷拔钢丝冷卷螺旋弹簧。
有优良的综合性能，如力学性能(特别是弹性极限、强度极限、屈强比)、抗弹减性能(即抗弹性减退性能，又称抗松弛性能)、疲劳性能、淬透性、物理化学性能(耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)。
为了满足上述性能要求，弹簧钢具有优良的冶金质量(高的纯洁度和均匀性)、良好的表面质量(严格控制表面缺陷和脱碳)、精确的外形和尺寸。
65Mn 钢板强度、硬度、弹性和淬透性均比65号钢高，具有过热敏感性和回火脆性倾向，水淬有形成裂纹倾向。
退火态可切削性尚可，冷变形塑性低，焊接性差。
受中等载荷的板弹簧，直径达7-20mm的螺旋弹簧及弹簧垫圈.弹簧环。
高耐磨性零件，如磨床主轴，弹簧卡头。
精密机床丝杆。
切刀。
螺旋辊子轴承上的套环。
铁道钢轨等。
4、HT200材料名称：灰铁200 指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁。
抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。
机械材料手册
机械材料手册机械材料是指用于制造机械零部件的材料，其性能直接影响着机械产品的质量和使用寿命。
在机械制造领域，选择合适的材料对于提高产品的性能和降低成本至关重要。
因此，本手册将介绍一些常见的机械材料，包括金属材料、塑料材料和复合材料，以及它们的特性、用途和加工工艺。
首先，金属材料是机械制造中最常用的材料之一。
常见的金属材料包括钢、铝、铜、铸铁等。
钢是一种铁碳合金，具有优良的机械性能和加工性能，广泛用于制造各种零部件。
铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，常用于制造航空器和汽车零部件。
铜具有良好的导电性和导热性，常用于制造电气设备和导热器材。
铸铁具有良好的铸造性能和低成本，广泛用于制造机床床身、发动机缸体等。
其次，塑料材料在机械制造中也占据重要地位。
塑料材料具有较低的密度、良好的耐腐蚀性和电绝缘性，广泛用于制造各种零部件。
常见的塑料材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。
聚乙烯具有良好的韧性和耐磨性，常用于制造容器、管道等。
聚丙烯具有良好的耐热性和化学稳定性，常用于制造化工设备和管道。
聚氯乙烯具有良好的耐候性和耐腐蚀性，常用于制造建筑材料和电缆。
聚苯乙烯具有良好的绝缘性和抗震性，常用于制造包装材料和保温材料。
最后，复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优异的综合性能，广泛用于制造高性能零部件。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维复合材料、陶瓷复合材料等。
玻璃钢具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，常用于制造化工设备和船舶。
碳纤维复合材料具有较高的强度和刚度，广泛用于制造航空器和汽车零部件。
陶瓷复合材料具有良好的耐高温性和耐磨性，常用于制造发动机零部件和刀具。
综上所述，机械材料是机械制造中不可或缺的一部分，选择合适的材料对于提高产品的性能和降低成本至关重要。
本手册介绍了一些常见的机械材料，包括金属材料、塑料材料和复合材料，希望能对机械制造领域的从业人员有所帮助。
机械工程材料总结
机械工程材料总结是一门涉及物质和力学相互作用的学科，而材料则是中的重要组成部分。
合适的材料可以决定产品的性能和使用寿命。
在中，有各种各样的材料可供选择，每种材料都有其独特的特性和应用领域。
本文将对一些常见的材料进行总结。
首先，金属材料在中应用广泛，这主要是因为金属具有高强度、良好的导电性和导热性以及良好的可塑性等特点。
常见的金属材料包括钢、铁、铜、铝等。
钢是最常用的金属材料之一，它具有高强度、耐磨性和耐腐蚀性，适用于制造机械零部件、结构配件等。
铁具有良好的导磁性，常用于电机和变压器等设备的铁心制造。
铜是电导率最高的金属材料，常用于导电线、电子元件等。
铝具有轻量、耐腐蚀等特点，适用于制造飞机、汽车等。
除了金属材料，塑料材料在中也有重要的应用。
塑料材料具有重量轻、绝缘性好、耐腐蚀等特点，因此广泛应用于制造工业设备、汽车零部件、家电产品等。
常见的塑料材料有聚乙烯、聚丙烯、聚酯等。
聚乙烯是最常见的塑料材料之一，具有耐腐蚀、绝缘性好等特点，常用于制造热水管、化工容器等。
聚丙烯具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能，适用于制造油箱、水箱等。
聚酯材料具有优异的机械性能和耐热性，常用于制造玻璃钢制品、光纤等。
此外，陶瓷材料在中也有着广泛的应用。
陶瓷材料具有高硬度、耐高温和耐磨损等特点，适用于制造耐磨零件、绝缘体等。
氧化铝陶瓷是常见的陶瓷材料之一，具有高硬度、耐高温等特点，常用于制造高温炉具、研磨工具等。
氧化锆陶瓷具有良好的耐磨性和强度，常用于制造锯片、针头等。
陶瓷材料的广泛应用使得在高温、高压环境下具有更好的性能。
最后，复合材料也是中常见的材料之一。
复合材料是由两种或两种以上的材料组成，具有优异的性能和机械强度。
常见的复合材料有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
碳纤维复合材料是轻质、高强度的材料，被广泛应用于航天航空领域和运动器材制造。
玻璃纤维复合材料具有良好的绝缘性和耐腐蚀性，适用于制造储罐、管道等。
总之，材料的选择对产品的性能和使用寿命有着重要的影响。
机械工程材料知识点思维导图复习资料-常用金属材料及性能
机械工程材料知识点思维导图复习资料-常用零件选材.WPS【珍惜当下，不负遇见】（本文档共【5 】页/【1559 】字）单位姓名20XX年X月常用金属材料及性能基本要求熟悉工业用钢、铸铁的分类和编号方法，从其牌号即可判断其种类、大致化学成分、主要性能特点、常用热处理工艺选择、使用态组织、典型用途及相应组织，⒈熟悉碳钢：普通碳素结构钢 Q215、Q235等；优质碳素结构钢 20、45、60等；碳素工具钢 T8、T10、T12等。
1）熟悉合金钢主要钢种低合金结构钢 Q345(16Mn)、Q420(15MnVN)；渗碳钢20Cr、20MnVB、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA；调质钢 40Cr、40CrB、40CrNiMo、38CrSi；弹簧钢 65Mn、50CrV、60Si2Mn；轴承钢 GCr9、GCr15、GCr15SiMn ；冷模具钢 Cr12MoV；热模具钢5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V低合金刃具钢9SiCr、CrWMn ；工具钢T8、T10、T12；高速钢 W18Cr4V ；不锈钢 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17、1Cr18Ni9Ti；常用铸铁：HT150、HT250、KT350-10、KT450-5、QT420-10、QT800-2等⒉工业用钢、铸铁的分类、要性能特点、常用热处理工艺选择、使用态组织、典型用途及相应组织见（表四-1）⒊重点复习题型⑴.要制造轻载齿轮、热锻模具、冷冲压模具、滚动轴承、高速车刀、重载机床床身、传动轴、后桥壳、量具、弹簧、汽轮机叶片、等零件，试从下列牌号中分别选出合适的材料，及选择对应的热处理方法（淬火、低温回火、中温回火、高温回火、退火）。
⑴T12 ⑵HT300 ⑶W18Cr4V ⑷GCr15 ⑸40Cr ⑹20CrMnTi ⑺Cr12MoV⑻5CrMnMo ⑼9SiCr ⑽1Cr13 ⑾60Si2Mn ⑿QT400-15 ⒀45 ⒁Q235答⑵.有一个45号钢制的变速箱齿轮，其加工工序为：下料→锻造→ 正火→粗机加工→ 调质→ 精机加工→ 高频表面淬火＋低温回火→磨加工→成品，试说明其中各热处理工序的工艺、目的及使用状态下的组织。
机械工程常用材料的分类
※ 机械工程常用材料的分类材 料 分 类应 用铸铁灰铸铁低牌号（HT100、HT150）对力学性能无一定要求的零件，如盖、底座、手轮、机床床身等高牌号（HT200～400）承受中等静载的零件，如机身、底座、泵壳、法兰、齿轮、联轴器、飞轮、带轮等可锻铸铁铁素体型（KTH ）承受低、中、高动载荷和静载荷的零件，如差速器壳、犁刀、扳手、支座、弯头等珠光体型（KTZ ） 要求强度和耐磨性较高的零件，如曲轴、凸轮轴齿轮、活塞环、轴套、犁刀等 球墨铸铁 和可锻铸铁基本相同特殊性能铸铁分别用于耐热、耐蚀、耐磨等场合 钢碳素钢低碳钢（碳的质量分数≤0.25％） 铆钉、螺钉、连杆、渗碳零件等 中碳钢（碳的质量分数＞0.25％～ 0.60％） 齿轮、轴、蜗杆、丝杠、联接件等 高碳钢（碳的质量分数＞0.60％） 弹簧、工具、模具等合金钢低合金钢（合金元素总的质量分数≤5％）较重要的钢结构和构件、渗碳零件、压力容器等 中合金钢（合金元素总的质量分数＜5％～10％ 飞机构件、热镦锻模具、冲头等高合金钢（合金元素总的质量分数＞10％） 航空工业蜂窝结构、液体火箭壳体、核动力装置、弹簧等 铸钢普通碳素铸钢 低合金铸钢 机座、箱壳、阀体、曲轴、大齿轮、棘轮等容器、水轮机叶片、水压机工作缸、齿轮、曲轴等特殊用途铸钢分别用于耐蚀、耐热、无磁、电工零件、水轮机叶片、模具等铜合金 铸造铜合金铸造黄铜 铸造青铜 用于轴瓦、衬套、阀体、船舶零件、耐蚀零件、管接头等 用于轴瓦、蜗轮、丝杠螺母、叶轮、管配件等变形铜合金 黄铜青铜用于管、销、铆钉、螺母、垫田、小弹簧、电器零件、耐蚀零件、减摩零件等用于弹簧、轴瓦、蜗轮、螺母、耐磨零件等轴承 合金锡基轴承合金 用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、耐蚀性、韧性、导热性均良好铅基轴承合金用于轴承衬，其摩擦因数低，减摩性、抗烧伤性、磨合性、导热性均良好，价格较低，但强度、韧性和耐蚀性稍差塑料 热塑性塑料（如聚乙烯、有机玻璃、尼龙等）、热固性塑料（如酚醛塑料、氨基塑料等）用于一般结构零件、减摩件、耐磨零件、传动件、耐腐蚀件、绝缘件、密封件、透明件等橡胶通用橡胶、特种橡胶用于密封件、减振件、防振件、传动带、运输带和软管、绝缘材料、轮胎、胶辊、化工衬里等※ 常用钢铁材料的牌号及力学性能材 料 力 学 性 能试件尺寸／mm 类 别 牌 号 抗拉强度σb／MPa 屈服点σs ／MPa 断后伸长率δ ／％ 碳素结构钢 Q215 Q235 Q275 335~450 375~500 490~630 215 235 275 31 26 20 d ≤16 优质碳素结构钢20 35410 530245 31525 20d ≤2545 65Mn 600735355430169合金结构钢35SiMn40Cr20CrMnTi885980108073578583515910d≤25d≤25d≤15铸钢ZG270—500ZG310—5702703105005701815 d＜100灰铸铁HT150HT200HT250145195240------------壁厚10-20球墨铸铁QT400-15QT5OO-7QT600-34005006002503203701573壁厚30～200※ 钢材常用热处理方法名称操作方法目的应用退火将钢件加热到临界温度（约723°C）以上30～50°C，保温一段时间，然后随炉冷却降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；细化晶粒，改善力学性能；消除冷热加工所产生的内应力适用于碳素钢和合金钢的铸件、锻件和焊接件；一般在毛坯状态下进行退火正火（常化）将钢件加热到临界温度以上30~50°C保温一定时间，然后在空气中冷却，冷却速度比退火快与退火相似用于处理低、中碳钢零件；渗碳零件的预先热处理工序淬火将钢件加热到临界温度以上，保温一定时间，然后在水、盐水或油中快速冷却获得高强度和高硬度，提高耐磨性和耐蚀性适用于碳的质量分数大于0.3％的碳素钢、合金钢；淬火后能发挥钢的强度和耐磨性潜力，但产生很大内应力，降低塑性和韧性，故应回火以得到较好的综合性能回火将淬火后的钢件再加热到临界以下的温度，保温一定时间后，在空气、油或水中冷却按回火温度不同，又分低温回火（150~250°C），中温回火（300~500°C），高温回火（500~650°C）降低或消除淬火后产生的内应力，减少工件变形，提高塑性和韧性；稳定工件尺寸要求硬度55~62HRC，用低温回火；要求硬度35~45HRC，用中温四火；要求硬度23～35HRC用高温回火调质淬火后再进行高温回火改善切削加工性能；减小淬火时的变形；适用于中碳钢和淬透性较好的合金钢；可作为重获得良好的综合力学性能要零件（如轴）的热处理，精密零件的预先热处理时效将钢件加热到120～130℃以下，长时期保温，随炉或在空气中冷却降低或消除淬火后的微观应力和机械加工产生的残余应力稳定工件形状及尺寸※常用金属材料其他数据金属材料熔点、热导率及比热容名称熔点℃热导率W/（m·K）比热容J（kg·K）名称熔点℃热导率W/（m·K）比热容J（kg·K）灰铸铁1200 46.4~92.8 544.3 铝658 203 904.3 铸钢1425 489.9 铅327 34.8 129.5 低碳钢1400~1500 46.4 502.4 锡232 62.6 234.5 黄铜950 92.8 393.6 锌419 110 393.6 青铜995 63.8 385.2 镍1452 59.2 452.2材料线[膨]胀系数材料温度范围(℃)20 20~10 20~200 20~300 20~400 20~600 20~700 20~900 70~1000工程用铜黄铜青铜铸铝合金铝合金碳钢铬钢3Cr131Cr18/Ni9Ti铸铁镍铬合金砖水泥、混凝土胶木、硬橡皮玻璃有机玻璃18.44~24.59.510~1464~7716.6~17.117.817.622.0~24.010.6~12.211.210.216.68.7~11.114.54~11.513017.1~17.218.817.923.4~24.811.3~1311.811.1178.5~11.617.620.918.224.0~25.912.1~13.512.411.617.210.1~12.118.~18.112.9~13.91311.917.511.5~12.718.613.5~14.313.612.317.912.9~13.214.7~1512.818.6 19.317.6常用材料的密度材料名称密度)(33mtcmg材料名称密度)(33mtcmg材料名称密度)(33mtcmg碳钢合金钢球墨铸铁灰铸铁7.8~7.857.97.37.0铅锡镁合金硅钢片11.377.291.747.55~7.8无填料的电木赛璐珞酚醛层压板尼龙61.21.41.3~1.451.4~1.14紫铜黄铜锡青铜无锡青铜碾压磷青铜冷拉青铜工业用铝8.98.4~8.858.7~8.97.5~8.28.88.82.7锡基轴承合金铅基轴承合金胶木板、纤维板玻璃有机玻璃矿物油橡胶石棉板7.34~7.759.33~10.671.3~1.42.4~2.61.18~1.190.921.5~2.0尼龙66尼龙1010纵纤维木材横纤维木材石灰石、花岗石砌砖混凝土1.14~1.151.04~1.060.7~0.90.7~0.92.4~2.61.9~2.31.8~2.45常用材料的弹性模量及泊松比名称弹性模量EGPa切变模量GGPa泊松比μ名称弹性模量EGPa切变模量GGPa泊松比μ灰、白口铸铁球墨铸铁碳钢合金铜铸钢轧制磷青铜轧制锰黄铜115~160151~160200~2202101751151104561818170~8442400.23~0.270.25~0.290.24~0.280.25-0.30.25~0.290.32~0.350.35铸铝青铜硬铝合金冷拔黄铜轧制纯铜轧制锌轧制铝铅1057191~99110846917422735~37403226~3770.250.31~0.420.31~0.340.270.32~0.360.42常用法定计量单位及换算关系量的名称法定计量单位非法定计量单位换算关系名称符号名称符号旋转速度转每分r/min 1r/min=(1/60)r/s长度米m埃英寸Åin1Å=0.1nm=10-10m1in=0.0254m=25.4mm面积平方米m2公亩公顷aha1a=102m21 ha=104m2体积容积立方米升m3L(1)(1=10-3m3)立方英尺英加仑美加仑f t3UkgalUSgal1ft3=0.0283168m3=28.3168dm31Ukgal=4.54609cm31Usgal=3.78541dm3质量千克（公斤）吨Kgt磅长吨（英吨）e bton1e b=0.45359237cm31ton=1016.05kg力重力牛（顿）N达因千克力，（公斤力）吨力dynkgftf1dyn=10-5N1kgf=9.80665N1tf=9.80665×103N压力压强帕（斯卡）pa巴标准大气压毫米汞柱千克力每平方厘米（工程大气压）baratmmmHgkgf/cm2(at)1bar=0.1Mpa=105pa(1pa=1N/m2)1atm=101325pa1mmHg=133.3224pa1kgf/cm2=9.80665×104 pa应力M 千克力每平方毫米Kgf/mm21kgf/mm2=9.80665×106pa 动力粘度帕[斯卡]秒Pa·s 泊P 1P=0。
机械工程材料性能讲解
第一章 金属材料的力学性能
（二）变形（金属材料受载荷作用发生几何形状和尺寸
的变化。）
弹性变形：载荷去除后，可完全恢复的变形。 塑性变形：载荷去除后，不可恢复的永久变形。
金属材料的弹性变形可用于控制机构运动、缓冲 与吸振、储存能量等。金属材料塑性变形可用于 成型产品的加工，70%的金属材料是通过塑性变形 加工成型的。
第一章 金属材料的力学性能
（一）载荷（金属材料在加工和使用过程中所受的外力）
静载荷：指大小不变或变动很慢的载荷。 如地面所受讲台的压力，千斤顶工作所受的载荷。
冲击载荷：指突然增加的载荷。 如铁匠用铁锤锻打工件、高速行驶的汽车相撞的
载荷。 交变载荷：指周期性或非周期性的动载荷。 如电扇主轴、弹簧工作时所受的载荷。
第一章 金属材料的力学性能
1.强度
定义：是指材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力。 抵抗能力越大，则强度越高。衡量强度大小的指标主要有 屈服强度和抗拉强度。 抗拉强度Rm：材料断裂前所承受的最大应力值。
计算公式如下： Rm = Fb / SO
Fb──试样承的最大载荷（N）； S0──试样原始横截面积（mm2）； Rm ──抗拉强度（MPa）。
HRB用于测量低硬度材料, 如有 色金属和退火、正火钢等。
HRC用于测量中等硬度材料，如 调质钢、淬火钢等。
第一章 金属材料的力学性能
力学性能：金属材料在外力作用时表现来的性能。 力学性能包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。
在机械设备及工具的设计、制造中选用金属材料时， 大多以力学性能为主要依据，因此熟悉和掌握金属材料的 力学性能是非常重要的。力学性能不仅是本章学习的重点， 同时也是整个教材的学习重点，希望同学们要努力学习掌 握好这些内容。先来学习准备知识。
机械工程中的材料选用与性能分析
机械工程中的材料选用与性能分析在机械工程领域，材料的选用和性能分析是至关重要的环节。
机械工程师需要根据不同的应用需求和工作环境，选择合适的材料，以确保机械设备的性能和可靠性。
本文将探讨机械工程中的材料选用与性能分析的重要性，并介绍一些常见的材料及其特性。
首先，材料的选用是机械设计中的基础工作。
不同的材料具有不同的物理、化学和机械特性，因此在设计机械零件和设备时，需要根据其所承受的力、温度、腐蚀等因素，选择合适的材料。
例如，在高温环境下工作的发动机部件，需要选择能够耐受高温的合金材料，以保证其性能和寿命。
而在潮湿或腐蚀性环境中使用的零件，则需要选用具有良好耐腐蚀性的材料，如不锈钢等。
其次，材料的性能分析是确保机械设备性能的重要手段。
通过对材料的力学性能、热学性能、磨损性能等进行分析，可以预测材料在实际工作中的表现。
例如，弹性模量是描述材料抵抗形变的能力的重要参数，对于设计弹性元件如弹簧等至关重要。
硬度则直接影响材料的抗磨性能，对于制造耐磨零件如齿轮等具有重要意义。
此外，热膨胀系数、导热系数等热学性能参数也需要在设计中考虑，以确保材料在高温或低温环境中的稳定性。
在机械工程中，常见的材料包括金属材料、塑料材料和复合材料等。
金属材料具有良好的强度和导热性能，广泛应用于机械结构和零件制造中。
常见的金属材料包括钢、铝、铜等，它们在强度、耐磨性和可加工性方面有所不同，因此需要根据具体要求进行选择。
塑料材料具有较低的密度和良好的绝缘性能，适用于制造轻型零件和绝缘部件。
常见的塑料材料有聚乙烯、聚氯乙烯等。
复合材料则是由两种或两种以上的材料组合而成，具有优异的强度、刚度和耐腐蚀性能。
常见的复合材料包括碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料等。
在材料选用和性能分析过程中，机械工程师需要综合考虑多个因素。
除了力学性能和热学性能外，还需要考虑材料的成本、可加工性、环境影响等方面。
例如，虽然某种材料具有良好的性能，但如果成本过高或难以加工，可能不适合大规模应用。
材料的机械性能指标
3、应变超过屈服界阶段之后，钢由于应变硬化，
应力—应变曲线开始上升，但应力与应变之间不
再呈线性关系，而应变增加较快，最后达到曲线
的最高点，材料出现颈缩而破坏，称极限强度
σb 。
材料的机械性能指标
1.1.2 钢材的塑性和韧性
钢材的塑性用静力拉伸试验中的延伸率和载面收 缩率来衡量。
延伸率：试件总伸长量与原标距之比。 延伸率是说明钢材塑性的指标，延伸率大则钢的塑性 好，加工容易，承载时虽出现较大变形而并不破坏。
材料的机械性能指标
1.2.2 钢的热处理
钢的热处理是将钢在固态下进行加 热、保温和冷却，使钢得到预期的组织 和性能的工艺方法。钢在进行加热或冷 却的过程中，内部组织将发生变化，机 械性能发生变化。但不改变其形状和尺 寸。
材料的机械性能指标
热处理在机械零件制造中占有重要的地位。例如， 钢件毛坯在切削加工之前，可以通过热处理降低其硬 度，以便于切削，加工成零件之后，又可通过热处理 提高力学性能，使零件具有良好的使用性能和较长的 使用寿命。
材料的机械性能指标
1.2 黑色金属材料
1.2.1 钢与铸铁
1.2.1.1钢及分类
钢 是 含 碳 量 在 0.0218%--2.11% 之 间 的 铁 碳 合 金 。
有些钢除了含有铁和碳这两种必备元素外，还含有其他
种类的合金元素，这些钢称为合金钢。不含合金元素的
钢称为碳素钢。钢中常见的合金元素有铬（Cr）、锰
材料的机械性能指标
表1.1-1 常用洛氏硬度标尺及适用范围
标尺 压头
载荷（kgf） 硬 度 值 有 效 范 适用范围 围
HRA 120º 圆 锥 金 刚 60 石
60——85
硬质合金、钢的表面 硬化层
机械工程材料
机械工程材料机械工程材料是指用于制造机械和设备的材料。
它们具有特定的物理、化学和机械性能，能够承受各种负荷和环境的影响，并满足设计和制造要求。
机械工程材料主要包括金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料是机械工程中最常用的材料之一。
常见的金属材料有钢、铁、铝、铜、镁等。
金属材料具有良好的导电、导热和强度特性，适用于制造结构件和传动件等机械零件。
不同种类的金属材料具有不同的力学性能和耐腐蚀性，可以根据不同的应用要求选择合适的金属材料。
非金属材料主要包括塑料、橡胶、陶瓷等。
塑料具有轻质、耐腐蚀、可塑性好等特点，适用于制造机械外壳、密封件等部件。
橡胶具有弹性好、抗老化和耐磨损等特性，常用于制造密封件和弹性元件。
陶瓷具有高强度、高硬度和耐高温等特点，适用于制造高温部件和摩擦材料。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组成的材料。
常见的复合材料有纤维增强复合材料和金属基复合材料等。
纤维增强复合材料由纤维和基体材料组成，具有轻质、高强度和良好的抗冲击性能。
金属基复合材料由金属基体和强化相组成，具有高强度、高温抗氧化性和耐热疲劳性能。
复合材料广泛应用于航空、航天、汽车和船舶等领域。
机械工程材料在机械制造过程中起着至关重要的作用。
合适的材料选择可以提高机械的耐磨、抗腐蚀和抗冲击性能，延长使用寿命，降低维修成本。
因此，在机械设计和制造时，需要根据具体的工作条件和要求选择合适的材料，并进行必要的表面处理和热处理，确保材料的性能和可靠性。
总之，机械工程材料是机械制造中不可或缺的重要组成部分。
通过合理的材料选择和处理，可以提高机械的性能和可靠性，满足不同场合下的使用需求。
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第四章机械工程常用材料及其工程性能§4・1概述§4 - 2金属材料的机械性能§4 - 3常用工程材料§4-4金属材料的热处理与表面精饰材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。
机械工程材料是用于机械制造的材料,其主要包括金属材料和非金属材料两大类。
金属材料在外力作用下所表现出的特性称为机械性能,包括强度.刚度、塑性、硬度、疲劳强度.冲击韧性和线膨胀系数等指标。
2.1强度强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形和防止出现断裂的能力。
1）力_伸长曲线拉伸实验中,依据拉力F与伸长量AL之间的关系在直角坐标系中绘出的曲线称为力一伸长曲线。
厂屈服阶段外力大于尺后，试样发生塑性变形;当外力增加到F札后,曲线为锯齿状，这种拉伸力不增加,变形却继续增加的现象称为屈服。
F eL 为屈服载荷强化阶段外力大于FeL后，试样再继绽伸长则必须不断增加拉伸力。
随着变形增大，变形抗力也逐渐增大，这种现象称为变形强化。
几为试样在屈服阶段后所能抵抗的最大力缩颈阶段当外力达到最大力F m Jn,试样的某一直径处发生局部收缩，称为“缩颈”。
此时截曲缩小，变形继续在此截血发生，所需外力也随之逐渐降低,直至断裂弹性变形阶段Fe为发生最大弹性变形时的载荷。
外力一旦撤去则变形完全消失AL W [ ]羽It I1 1 ”J [O2）强度指标①屈服强度:屈服强度是当金属材料呈现屈服现象时, 在实验期间发生塑性变形而力不增加的应力点试样的下屈服强度,MPaFeL——试样屈服时的最小载荷,N②抗拉强度6材料在断裂前所能承受的最大应力称为抗拉强度抗拉强度，MPa；F m——试样在屈服阶段后所能抵抗的最大拉力N<2.2刚度刚度是指材料在外力作用下抵抗弹性变形保持原有形状的能力。
弹性模量E是用于表示材料刚度的重要参数f E值趣大材料刚度趣大。
表4 -1是不同金属材料的弹性模量。
2.3塑性材料受力后在断裂之前产生塑性变形的能力称为塑性1）断后伸长率A断后伸长率是指试样拉断后＞标距的伸长量与原始标距之比的百分率A = L-^L-X 100%L o--- 试样原始标距长度，mmL u一一试样拉断后的标距长度,mm2）断面收缩率Z断面收缩率是指试样拉断后,缩颈处面积变化量与原始横截面面积比值的百分率Z=So~S^X100%S。
——试样原站横截面面积,mm2S"——试样拉断后缩颈处的横截面面积,mm?2.4硬度硬度是指金属材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力。
1）布氏硬度布氏硬度的测定是在布氏硬度试验机上进行的＞其试验原理是用直径为D的淬硬钢球或硬质合金球f在规定压力F作用下压入被测金属表面至规定时间后f卸除压力 f 金属表面留有压痕f压力F与压痕表面积A的比值称为布氏2）洛氏硬度洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行的,是用一个顶角为120。
的金刚石圆锥,或直径为：L・5875min的淬火钢球为压头,在一定载荷下压入被测金属材料表面,根据压痕深度来确定硬度值。
压痕深度趣小，硬度值趣高,2.5疲劳强度金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。
疲劳极限用符号表示。
机器和很多零件,受到随时间作周期性变化的应力作用,这种应力称为交变应力。
构件在交变应力作用下的破坏称为疲劳破坏。
当应力循环次数达到106〜诃次时材料不出现损坏,则认为材料不会出现疲劳损坏。
裂纹源-光滑区 粗糙区至低于屈服极限；破坏前没有明显的塑性变形;破坏断口 表面明显分成光滑区及粗糙区。
疲劳断口特点为:破坏时构件内的最大应力远低于强度极限,甚因此疲劳破坏无明显的预兆,容易造成严重的后果。
2.6线膨胀系数ex线膨胀系数是指材料温度每升高1°C ”零件单位长度的伸长率。
表4 - 3是常用材料的线膨胀系数。
3）焊接性焊接性是指在一定的焊接工艺条件下金属材料获得优良焊接接头的难易程度。
4）切削加工性及热处理性能切削加工性是指金属材料被切削加工的难易程度。
切削加工性好的金属材料,加工时刀具不易磨损,加工表面的粗糙度较小。
热处理性能包括淬透性.淬硬性.过热敏感性.变形开裂倾向.回火脆性倾向.氧化脱碳倾向等（将在钢的热处理中详细论述）工程材料可以分为金属材料和非金属材料非金属材料又分为高分子材料和无机材料。
L碳素钢一厂碳素结构钢一优质碳素结构钢金属材料」L钢一—黑色金属一—碳素工具钢—铸造碳钢厂合金结构钢—合金钢一一合金工具钢丄特殊性能钢L灰铸铁一可锻铸铁—白口铸铁一一铸铁——灰铸铁一麻口铸铁」—有色金属一厂铜及其合金—铝及其合金一球墨铸铁—蠕墨铸铁—钛及其合金—轴承合金—硬质合金3.1黑色金属3.1.1铸铁是指含碳量大于2.11%的铁碳合金,并且含有较多的硅.猛、硫、磷等元素。
1）灰铸铁在灰铸铁中碳主要以石墨形式存在,其断口呈暗灰色,故称灰铸铁。
以"HT+材料抗拉强度”表示牌号,如HT150。
常用于制造形状复杂而力学性能要求不高的工件,承受压力、要求消振的工件,以及一些耐磨工件。
常用的热处理工艺有去应力退火＜消除白口组织的退火和表面淬火。
2）球墨铸铁铁液经球化处理和孕育处理,使石墨全部或大部分呈球状的铸铁称为球墨铸铁。
球墨铸铁常用于制造载荷较大且受磨损和冲击作用的重要零件,如汽车、拖拉机的曲轴,连杆和机床的蜗杆、蜗轮等。
球墨铸铁常用的热处理方式有退火、正火、调质及等温淬火。
1U ” QT+材料抗拉强度”表示牌号如QT400表示球墨铸铁,其最低抗拉强度为400MPa o3.1.2碳素钢碳含量小于2M%的铁碳合金称为碳素钢。
1）杂质对碳素钢性能的影响a ）硅、猛：材料硬度、强度提高。
b ）硫：材料热脆性増强。
c ）磷：材料冷脆性增强。
D）氢：材料脆性增强。
2）碳素钢的分类a ）根据碳的质量分数分类: 低碳钢:u）c<0.25%o中碳钢:0.25%<w c<0.60%ou)c>0.60%ob)按分类：普通钢:w s<0.050% , u)p<0.045%o 优质钢:u)s^0.035% , u)p<0.035%o 高级优质钢：3S<0・025%f u)p<0.025%oC ）根据钢的用途分类：碳素结构钢:其W C<O.7O%碳素工具钢:其吩0.70%碳素铸钢:主要用于制作形状复杂、难以锻造成形的铸钢件。
3）普通碳素结构钢以”Q+材料屈服极限的平均值”作为牌号,如Q235 ,»^a s>235MPa的普通碳素结构钢。
常用于制造结构件以及其他载荷不大的构建。
4）优质碳素结构钢以"材料所含碳的万分比"进行命名,如45钢，表示碳的平均质量分数为0.45%的优质碳素钢,含碳量较低时其延展性强常用于制造冲压件,含碳量较高时常用于制造较重要零部件。
5）碳素工具钢以” T+材料所含碳的干分比”逬行命名,如T9表示碳的平均质量分数为0.90%的碳素工具钢。
3.1.3合金钢特意加入一种或数种合金元素的钢称为合金钢。
它比碳钢具有较高的强度、韧性或具有特殊性能。
1）根据合金元素总质量分数分类低合金钢:合金元素总质量分数小于5% ;中合金钢:合金元素总质量分数为5%〜10% 高合金钢:合金元素的总质量分数大于10%。
2）根据用途分类合金结构钢:用于制造机械零件和工程结构的钢。
合金工具钢:用于制造各种工具的钢。
特殊性能钢:指具有某种特殊物理和化学性能的钢。
3）合金结构钢以”材料含碳量的万分比+合金元素符号+合金含量的百分比”表示其牌号,如60Si2Mn钢,表示碳的含量为0.60% ,含硅量为2% ,含猛量小于1.5%的合金结构钢。
合金结构钢一般各项性能优于相同碳含量的优质碳素钢, 因此常用于制造载荷复杂的零部件。
4）合金工具钢以"材料含碳量的干分比+合金元素符号+合金含量的百分比"表示其牌号,如9SiCr钢,表示碳的含量为0.90%、硅的含量和锯的含量均小于1.5%的合金工具钢。
a）合金量具钢指用于制造测量工具（即量具）的合金钢,这类钢具有高硬度・高耐磨性、高尺寸稳定性。
用于制造高精度的量规和量块。
有012、9Mn2V、CrW Mn 等。
b）合金刃具钢指主要用于制造金属切削刀具的合金钢,其含碳量一般在0.8%~1・4%。
常用的合金刃具钢有9SiCr、9Mn2V、Cr2、CrMn、CrWMn和CrW5等。
主要用于制造餃刀、丝锥、板牙等。
c）合金模具钢是指用于制造冲压.热锻.压铸等成形模具的合金钢。
根据工作条件不同分为冷作模具钢和热作模具钢。
e s s 8«^B f ,s ss n (6）高速钢是一种含锯.帆等多种元素的高合金刃具钢 > 加入的主要合金元素为锯.铝・帆等,其合金总含量达到7）滚动轴承钢如GCrl5钢,则表示平均锯的质量分数为1.5%的滚动轴承钢。
3.2有色金属有色金属通常指除钢铁之外的其他金属（又称非铁金属）,常用的有色金属种类有铜及其合金、铝及其合金、钛及其合金等3.2.1纯铜及其合金1）纯铜（紫铜）通常呈紫红色,具有良好的导电性、导热性及抗大气腐蚀性能,还具有强度低,塑性好,便于冷热压力加工的优点常用于制造导线、散热器、铜管、防磁器材及配制合金2 ）黄铜:是以锌为主要合金元素的铜合金，因其颜色呈黄色,故称黄铜①普通黄铜:当铜中加入锌时所组成的合金称为普通黄铜.②特殊黄铜:在普通黄铜中加入铅、铝、硅、锡等元素所组成合金称为特殊黄铜3 ）青铜:是指黄铜和白铜以外的所有铜合金①锡青铜:以锡为主加元素的铜合金。
锡青铜分为压力加工锡青铜和铸造青铜②特殊青铜:特殊青铜有破青铜、铝青铜3.2.2铝及其合金1)纯铝纯鱼呈银白色,是一种密度仅为2.72g/cm3的轻金属, 是自然界中储量最为丰富的金属元素,产量仅次于钢铁。
2)铝合金当纯轟加入适量的硅、铜、猛、镁、锌等合金元素, 可形成强度较高的铝合金。
(1)变形铝合金有防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金等。
(2 )铸造铝合金按加入主元素的不同,铸造铝合金主要有铝硅系.铝铜① 铝硅铸造铝合金(俗称硅铝明):铸造性能较好，但 铸造组织粗大,在浇注时应进行变质处理细化晶粒,以提高 其力学性能;② 铝铜铸造铝合金:具有较好的高温性能”但铸造性和 抗蚀性较差,而且密度大,主要用于制造要求高强度或在高 温条件下工作的零件；③ 铝镁铸造铝合金:具有较高的强度和良好的耐腐蚀性 能,密系. 铝镁系及铝锌系,其中，铝硅系应用最为广泛。
度小,铸造性能差,主要用于制造在腐蚀性介质中工作的零件;铝锌铸造铝合金:具有较高的强度,热稳定性和铸造性能也较好，但密度大，耐蚀性差＜主要用于制造结构形状复杂的汽车.飞机零件等;3.3非金属材料3.3.1工程塑料1）塑料的组成塑料是以有机合成树脂为主要成分＜并加入多种添加剂的高分子材料。